基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的草原環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、草原在人類的生產(chǎn)生活中，特別是自然環(huán)境的保護(hù)與完善中發(fā)揮著重大的、其他生態(tài)系統(tǒng)無(wú)法取代的關(guān)鍵作用，例如保持水土、防風(fēng)固沙、維持碳平衡、影響氣候變化、生產(chǎn)生物產(chǎn)品等等。更重要的是當(dāng)代社會(huì)非常注重農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展，保護(hù)和養(yǎng)育草原植物和動(dòng)物、保持生物多樣性、合理放牧，維持草原生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展成為重中之重。
　　 本研究結(jié)合東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)科學(xué)院“東北草甸區(qū)域草地承載力與家畜配置”項(xiàng)目進(jìn)行，其試驗(yàn)原理是通過(guò)測(cè)量不同季節(jié)不同載畜量放牧后的土

2、壤營(yíng)養(yǎng)成分和pH值的變化，來(lái)決策合理的季節(jié)放牧、合理的載畜量。為了更有效的測(cè)量土壤的營(yíng)養(yǎng)成分和pH值變化，需要對(duì)影響其變化的環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)，綜合分析和考慮草原載畜量的增減情況，這也是本文研究的主要內(nèi)容。根據(jù)動(dòng)科學(xué)院課題需要，首先，測(cè)量放牧季節(jié)不同載畜量放牧后的土壤環(huán)境變化，來(lái)決策合理的載畜量。其次，測(cè)量特定草甸區(qū)域的氣象變化情況，監(jiān)測(cè)環(huán)境中的空氣溫濕度、降雨量、風(fēng)速風(fēng)向、光照度等因素，便于總結(jié)該草原的不同季節(jié)的氣象變化對(duì)載畜量和添磚量

3、的影響。本設(shè)計(jì)采用目前最為流行的ZigBee技術(shù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，組建成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。首先，結(jié)合“東北草甸區(qū)域草地承載力與家畜配置”項(xiàng)目要求，設(shè)計(jì)基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線樹型傳感器網(wǎng)絡(luò)。其次，進(jìn)行軟硬件和上位機(jī)設(shè)計(jì)，硬件部分包括：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的射頻模塊、GPRS模塊的選擇；土壤水分傳感器、土壤溫度傳感器、空氣溫濕度傳感器、雨量傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器和照度傳感器的選擇；太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；協(xié)調(diào)器以及傳感器節(jié)點(diǎn)硬件

4、電路的設(shè)計(jì)。軟件部分包括：對(duì)ZigBee底層協(xié)議進(jìn)行深入研究，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)低功耗設(shè)計(jì)；以TinyOS為操作系統(tǒng)，用nesC語(yǔ)言完成各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。上位機(jī)部分包括：對(duì)GPRS進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，結(jié)合ASP.NET技術(shù)、WebGIS技術(shù)和SQLServer技術(shù)構(gòu)建基于B/S結(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)出上位機(jī)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)及特征曲線圖查詢、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)布等功能。最后，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試，搭建ZigBee無(wú)線傳感器

5、網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)器與GPRS模塊的通信。本文的創(chuàng)新點(diǎn)包括：本文將風(fēng)速風(fēng)向、光照度等傳感器與ZigBee技術(shù)相結(jié)合，并應(yīng)用在草原環(huán)境監(jiān)測(cè)中，尚未見(jiàn)文獻(xiàn)記載；本文中采用多種方法降低系統(tǒng)的功耗，硬件低功耗設(shè)計(jì)采用控制傳感器電源開(kāi)關(guān)時(shí)間的方法，軟件低功耗設(shè)計(jì)主要采用外部中斷喚醒睡眠節(jié)點(diǎn)的方法；實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸格式的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可識(shí)別多路協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)，并預(yù)留了字節(jié)，方便系統(tǒng)擴(kuò)展。系統(tǒng)可以應(yīng)用于大范圍區(qū)域，不受監(jiān)測(cè)區(qū)域面積限制。實(shí)驗(yàn)表明，該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)草